CN108189918B - 一种机器人防跌倒装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人防跌倒装置及方法。所述装置包括若干个传感器、中央控制模块和负载，其中，所述传感器，设置在机器人上，用于获取所述机器人的运动信息，所述运动信息包括加速度信息和/或角速度信息；所述中央控制模块，用于依据所述运动信息计算所述机器人的重心是否处于安全阈值范围内；在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，控制负载在水平方向上和/或在垂直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围。从而可以快速地调整机器人的重心以使得机器人在行走过程中保持平衡状态，避免了机器人跌倒受到损害的风险。

Description

一种机器人防跌倒装置及方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，，特别是涉及一种机器人防跌倒装置及方法。

背景技术

随着机器人技术的迅速发展，机器人应用越来越广泛，例如，迎宾机器人、送餐机器人以及教育机器人、仿生机器人等等。机器人是自动执行工作的机器装置，它可以接受人类指挥，也可以运行预先编排的程序，还可以依据人工智能技术制定的原则行动。目前，机器人可以协助或代替人类从事例如生产、建造等枯燥、笨重的工作，因而应用得到日益广泛。

机器人需要长时间保持在运动状态以完成工作，为了提高机器人的工作效率，通常是选择提高机器人的行走速度，而机器人行走速度越大其稳定性能就越差，当机器人重心超出机器人可平衡的限度范围，将导致机器人发生跌倒，进而给机器人带来损害。

发明内容

本发明提供一种机器人防跌倒装置及方法，以解决现有方案中机器人行走速度快稳定性能较差的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种机器人防跌倒装置，包括若干个传感器、中央控制模块和负载，其中，所述传感器，设置在机器人上，用于获取所述机器人的运动信息，所述运动信息包括加速度信息和/或角速度信息；所述中央控制模块，用于依据所述运动信息计算所述机器人的重心是否处于安全阈值范围内；在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，控制负载在水平方向上和/或在垂直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围。

优选地，所述装置还包括平衡台和丝杠，

所述平衡台包括上平衡盘和下平衡盘，所述丝杠连接在所述上平衡盘和所述下平衡盘之间，且分别与所述上平衡盘和所述下平衡盘垂直；

所述负载包括第一负载和第二负载，所述第一负载设置在所述上平衡盘上，且可在所述上平衡盘上水平移动；所述第二负载套设在所述丝杠上，并可沿所述丝杠在竖直方向上移动。

优选地，所述上平衡盘的边缘设置有弧形导轨，所述第一负载设置在所述弧形轨道上且可沿所述弧形轨道水平移动；

所述上平衡盘和所述下平衡盘之间还设置有与所述丝杠平行的垂直轨道，

所述第二负载可沿所述垂直导轨及所述丝杠在竖直方向上移动。

优选地，所述中央控制模块，具体用于在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，计算所述第一负载所需移动的第一移动距离信息和/或所述第二负载所需移动的第二移动距离信息；并控制所述第一负载依据所述第一移动距离信息在水平方向上移动和/或控制所述第二负载依据所述第二移动距离信息在竖直方向上移动。

优选地，所述装置还包括：光电传感器，

所述光电传感器，用于检测在所述机器人的运动方向上是否存在障碍物；当所述光电传感器检测到在所述机器人的运动方向上有障碍物时，则将所述障碍物的信息发送至所述中央控制模块；

所述中央控制模块，还用于在判断所述机器人与所述障碍物之间的距离小于预设距离时，则控制所述机器人停止运动。

优选地，所述传感器包括陀螺仪传感器、加速度传感器中的至少一种。

本发明实施例还公开了一种机器人防跌倒方法，包括：

获取机器人本体上指定位置的运动信息，所述运动信息包括加速度信息和/或角速度信息；

依据所述运动信息计算所述机器人的重心是否处于安全阈值范围内；

在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，控制负载在水平方向和/或竖直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围。

优选地，所述负载包括第一负载和所述第二负载，所述控制负载在水平方向和/或竖直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围，包括：

计算所述第一负载所需移动的第一移动距离信息和/或所述第二负载所需移动的第二移动距离信息；

控制所述第一负载依据所述第一移动距离信息在水平方向上移动和/或控制所述第二负载依据所述第二移动距离信息在竖直方向上移动。

优选地，所述方法还包括：

在检测到所述机器人的运动方向上有障碍物时，则计算所述机器人与所述障碍物之间的距离是否小于预设距离；

若是，则控制所述机器人停止运动。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明实施例提供的机器人防跌倒装置及方法，通过传感器获取各传感器所在位置的加速度信息和角速度信息，进而由中央控制模块依据加速度信息和角速度信息计算机器人的重心是否处于安全阈值范围内，在机器人的重心不处于安全阈值范围内时，则控制第一负载在水平方向上移动和/或控制第二负载在竖直方向上移动，以调整机器人的重心至安全阈值范围，从而可以快速地调整机器人的重心以使得机器人在行走过程中保持平衡状态，避免了机器人跌倒受到损害的风险。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的一种机器人的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种机器人防跌倒装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种重心调整后机器人防跌倒装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种机器人防跌倒方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图2，示出了本发明实施例提供的一种机器人防跌倒装置的结构示意图，该防跌倒装置可以包括若干个传感器1(如图1所示)、中央控制器(图中未示出)、第一负载2及第二负载3。

在机器人本体上设置的传感器1的数量可以是3个，也可以是5个等等。可以在机器人本体的左右两肩部分别设置一个传感器1，并在机器人本体腹部也设置一个传感器1。

在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要自行设置传感器的数量及各传感器在机器人身上的位置，本发明实施例对此不加以限制

传感器1可以用于获取各传感器1所在位置的加速度信息和角速度信息，例如，如图1所示，各传感器1可以分别获取机器人的左肩部、右肩部和腹部的加速度信息和角速度信息。

优选地，传感器1可以包括陀螺仪传感器、加速度传感器中的至少一种。

在本发明实施例中，传感器1可以采用陀螺仪传感器或加速度传感器等传感器中的任一种传感器，也可以采用陀螺仪传感器或加速度传感器等传感器中的多种传感器，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明实施例中，各传感器1所获取的各传感器1所在位置的加速度信息可以为三轴加速度信息，各传感器1所获取的各传感器1所在位置的角速度信息可以为三轴角速度信息，三轴也即机器人在行走过程中，以前后方向、竖直方向和左右方向为三轴，分别计算各传感器1所在机器人的部位的三轴加速度信息和三轴角速度信息。

当然，在实际应用中，加速度和角速度也不仅限于三轴加速度和三轴角速度，其它可以应用于本发明实施例的加速度和角速度信息均可。

在本发明实施例中，第一负载2和第二负载3均可以为负载电机，在负载电机获取到中央控制信息发送的移动距离信息时，则可以启动电机为负载移动提供动力。

在实际应用中，也可以采用其它设备为第一负载和第二负载提供移动的动力，本发明实施例对此不加以限制。

中央控制模块可以依据各传感器1获取的加速度信息和角速度信息计算机器人的重心是否处于安全阈值范围内，在机器人的重心不处于安全阈值范围内时，则中央控制模块可以控制第一负载2在水平方向上移动和/或控制第二负载3在竖直方向上移动，以调整机器人的重心至安全阈值范围。例如，参照图3，示出了本发明实施例提供的一种重心调整后机器人防跌倒装置的结构示意图，在调整一个或多个第一负载的位置、一个或多个第二负载及下平衡盘的位置之后，可以将机器人的重心调整至安全阈值范围内。

在本发明实施例中，各传感器1可以计算各传感器1在各位置处加速度信息和角速度信息，依据加速度信息和角速度信息形成各位置的欧拉角信息，并将各位置处的欧拉角信息发送至中央控制模块，由中央控制模块根据机器人各位置处的欧拉角信息判断机器人的重心是否处于安全阈值范围内。

安全阈值范围是依据机器人的高度及重量综合计算得出的，在实际应用中，可以根据实际情况进行计算，本发明实施例对具体的范围值不加以限制。

本发明实施例中的机器人防跌倒装置还可以包括平衡台(图中未示出)和丝杠4。

其中，平衡台可以包括上平衡盘6和下平衡盘5，丝杠4位于上平衡盘6和下平衡盘5之间，且与上平衡盘65成90°夹角活动连接，与下平衡盘5成90°夹角固定连接。

第一负载2设置在上平衡盘6上，且第一负载2可以在上平衡盘6上水平移动。而第二负载3设置在丝杠4上，并可沿丝杠4在竖直方向上移动。

从而可以通过改变第一负载2在水平方向上的位置和/或改变第二负载3在竖直方向上的位置，从而调整机器人的重心。

当然，第一负载2的数量可以为多个，如2个或4个等等，第二负载3的数量也可以为多个，如3个或4个等等，本发明实施例对此不加以限制。

在上平衡盘6的边缘设置有弧形导轨7，第一负载2设置在弧形轨道7上且可以沿弧形轨道7水平移动；在上平衡盘6和下平衡盘5之间还设置有与丝杠4平行的垂直轨道8，第二负载3可以沿垂直导轨8及丝杠4在竖直方向上移动。

当然，在实际应用中，弧形轨道7的形状可以为圆形，也可以为椭圆形，需要依据机器人的尺寸及形状进行计算，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明的一种优选实施例中，中央控制模块具体可以用于在机器人的重心不处于安全阈值范围内时，计算第一负载2所需移动的第一移动距离信息和/或第二负载3所需移动的第二移动距离信息，从而控制第一负载2依据第一移动距离信息在水平方向上移动和/或控制第二负载3依据第二移动距离信息在竖直方向上移动。

在本发明实施例中，在机器人行走过程中，当机器人的重心处于安全阈值范围内时，则不对第一负载和第二负载的位置进行调整。

当机器人的重心不处于安全阈值范围内时，则由中央控制模块依据各传感器1所在位置的加速度信息和角速度信息计算机器人在水平方向、竖直方向和前后方向的偏移值，根据偏移值计算机器人重心在水平方向、竖直方向和前后方向进行调整的调整值，并将各调整值分解为各第一负载2所需移动的距离和/或第二负载3所需移动的距离，从而依据分解的各第一负载2和/或第二负载3所需移动距离控制第一负载2和/或第二负载3快速移动到指定位置。

具体地，可以由中央控制模块依据各传感器1所在位置的预设欧拉角信息与计算得到的各位置处的欧拉角信息进行比较，根据预设欧拉角信息与计算得到的各位置处的欧拉角的比值，从而确定出各位置处的偏移值。从而根据各位置的偏移值计算在各位置处于安全阈值范围(即机器人重心处于安全阈值范围)时所需调整的值，从而可以计算得出机器人重心在水平方向、竖直方向和前后方向进行调整的调整值。

当然，在只需改变一个或多个第一负载即可实现机器人的重心处于安全阈值范围时，仅对其中的一个或多个第一负载在水平方向上的位置进行调整即可。而在只需改变一个或多个第二负载即可实现机器人的重心处于安全阈值范围时，仅对其中的一个或多个第二负载在竖直方向上的位置进行调整即可。而在需要改变一个或多个第一负载和一个或多个第二负载的位置时，则对其中的一个或多个第一负载在水平方向上的位置进行调整，并对其中的一个或多个第二负载在竖直方向上的位置进行调整。

在本发明实施例的另一种优选实施例中，机器人防跌倒装置还可以包括光电传感器(图中未示出)，光电传感器用于检测在机器人的运动方向上是否存在障碍物。

在本发明实施例中，当光电传感器检测到在机器人的运动方向上有障碍物时，则将障碍物的信息发送至中央控制模块，中央控制模块还用于在判断所述机器人与所述障碍物之间的距离小于预设距离时，则控制机器人停止运动。预设距离可以为10m，也可以为5m，本发明实施例对此不加以限制。

通过设置光电传感器可以快速检测到机器人行走前方的障碍物信息，避免了机器人碰撞障碍发生跌倒的风险。

本发明实施例提供的机器人防跌倒装置，通过传感器获取各传感器所在位置的加速度信息和角速度信息，进而由中央控制模块依据加速度信息和角速度信息计算机器人的重心是否处于安全阈值范围内，在机器人的重心不处于安全阈值范围内时，则控制第一负载在水平方向上移动和/或控制第二负载在竖直方向上移动，以调整机器人的重心至安全阈值范围，从而可以快速地调整机器人的重心以使得机器人在行走过程中保持平衡状态，避免了机器人跌倒受到损害的风险。

实施例二

参照图4，示出了本发明实施例提供的一种机器人防跌倒方法的步骤流程图，具体可以包括：

步骤101：获取机器人本体上指定位置的加速度信息和角速度信息。

在本发明实施例中，指定位置是指传感器在机器人本体上所处的位置。传感器可以获取机器人本体上各传感器所在位置的加速度信息和角速度信息，依据加速度信息和角速度信息形成各位置的欧拉角信息。

当然，各传感器所获取的各传感器所在位置的加速度信息可以为三轴加速度信息，各传感器所获取的各传感器所在位置的角速度信息可以为三轴角速度信息，三轴也即机器人在行走过程中，以前后方向、竖直方向和左右方向为三轴，分别计算各传感器所在机器人的部位的三轴加速度信息和三轴角速度信息。

当然，在实际应用中，加速度和角速度也不仅限于三轴加速度和三轴角速度，其它可以应用于本发明实施例的加速度和角速度信息均可。

在获取到机器人本体上指定位置的加速度信息和角速度信息之后，则进入步骤102。

步骤102：依据所述加速度信息和所述角速度信息计算所述机器人的重心是否处于安全阈值范围内。

传感器在获取到机器人本体上指定位置的加速度信息和角速度信息之后，可以将指定位置的加速度信息和角速度信息发送至中央控制模块，中央控制模块可以依据各传感器获取的加速度信息和角速度信息计算机器人的重心是否处于安全阈值范围内。

步骤103：在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，控制第一负载在水平方向上移动和/或控制第二负载在竖直方向上移动，以调整所述机器人的重心至安全阈值范围。

在本发明实施例中，安全阈值范围是依据机器人的高度及重量综合计算得出的，在实际应用中，可以根据实际情况进行计算，本发明实施例对具体的范围值不加以限制。

在机器人的重心不处于安全阈值范围内时，则中央控制模块可以控制第一负载在水平方向上移动和/或控制第二负载在竖直方向上移动，以调整机器人的重心至安全阈值范围。

优选地，在上述步骤102之后，还可以包括：

步骤S1：在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，计算所述第一负载所需移动的第一移动距离信息和/或所述第二负载所需移动的第二移动距离信息；

步骤S2：控制所述第一负载依据所述第一移动距离信息在水平方向上移动和/或控制所述第二负载依据所述第二移动距离信息在竖直方向上移动。

在本发明实施例中，当机器人的重心不处于安全阈值范围内时，可以由中央控制模块依据各传感器所在位置的加速度信息和角速度信息计算机器人在水平方向、竖直方向和前后方向的偏移值，根据偏移值计算机器人重心在水平方向、竖直方向和前后方向进行调整的调整值，并将各调整值分解为各第一负载所需移动的距离和/或第二负载所需移动的距离，从而依据分解的各第一负载和/或第二负载所需移动距离控制第一负载和/或第二负载快速移动到指定位置。

优选地，所述方法还包括：

步骤N1：在检测到所述机器人的运动方向上有障碍物时，则计算所述机器人与所述障碍物之间的距离是否小于预设距离。

在本发明实施例中，机器人防跌倒装置还设置有光电传感器，用于检测在机器人的运动方向上是否存在障碍物。当光电传感器检测到在机器人的运动方向上有障碍物时，则将障碍物的信息发送至中央控制模块，中央控制模块还用于在判断所述机器人与所述障碍物之间的距离小于预设距离时，则控制机器人停止运动。预设距离可以为10m，也可以为5m，本发明实施例对此不加以限制。

在机器人与障碍物之间的距离是否小于预设距离时，则进入步骤N2。

步骤N2，则控制所述机器人停止运动。

中央控制模块在判断出机器人与障碍物之间的距离是否小于预设距离时，例如，预设距离为5m，在检测到有障碍物距离机器人4m时，则中央控制模块控制机器人停止继续向前行走。

本发明实施例提供的机器人防跌倒方法，通过传感器获取各传感器所在位置的加速度信息和角速度信息，进而由中央控制模块依据加速度信息和角速度信息计算机器人的重心是否处于安全阈值范围内，在机器人的重心不处于安全阈值范围内时，则控制第一负载在水平方向上移动和/或控制第二负载在竖直方向上移动，以调整机器人的重心至安全阈值范围，从而可以快速地调整机器人的重心以使得机器人在行走过程中保持平衡状态，避免了机器人跌倒受到损害的风险。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种机器人防跌倒装置及方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种机器人防跌倒装置，其特征在于，包括若干个传感器、中央控制模块和负载，其中，

所述传感器，设置在机器人上，用于获取所述机器人的运动信息，所述运动信息包括加速度信息和/或角速度信息；

所述中央控制模块，用于依据所述运动信息计算所述机器人的重心是否处于安全阈值范围内；在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，控制负载在水平方向上和/或在垂直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围；

所述负载包括第一负载和第二负载；

所 述中央控制模块，具体用于在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，计算所述第一负载所需移动的第一移动距离信息和/或所述第二负载所需移动的第二移动距离信息；并控制所述第一负载依据所述第一移动距离信息在水平方向上移动和/或控制所述第二负载依据所述第二移动距离信息在竖直方向上移动；

所述装置还包括平衡台和丝杠，

所述平衡台包括上平衡盘和下平衡盘，所述丝杠连接在所述上平衡盘和所述下平衡盘之间，且分别与所述上平衡盘和所述下平衡盘垂直；

所述第一负载设置在所述上平衡盘上，且可在所述上平衡盘上水平移动；所述第二负载套设在所述丝杠上，并可沿所述丝杠在竖直方向上移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上平衡盘的边缘设置有弧形导轨，所述第一负载设置在所述弧形轨道上且可沿所述弧形轨道水平移动；

所述上平衡盘和所述下平衡盘之间还设置有与所述丝杠平行的垂直轨道，

所述第二负载可沿所述垂直导轨及所述丝杠在竖直方向上移动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：光电传感器，

所述光电传感器，用于检测在所述机器人的运动方向上是否存在障碍物；当所述光电传感器检测到在所述机器人的运动方向上有障碍物时，则将所述障碍物的信息发送至所述中央控制模块；

所述中央控制模块，还用于在判断所述机器人与所述障碍物之间的距离小于预设距离时，则控制所述机器人停止运动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器包括陀螺仪传感器、加速度传感器中的至少一种。

5.一种机器人防跌倒方法，其特征在于，包括：

获取机器人本体上指定位置的运动信息，所述运动信息包括加速度信息和/或角速度信息；

依据所述运动信息计算所述机器人的重心是否处于安全阈值范围内；

在所述机器人的重心不处于安全阈值范围内时，控制负载在水平方向和/或竖直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围；

所述负载包括第一负载和第二负载，所述控制负载在水平方向和/或竖直方向上移动，调整所述机器人的重心至安全阈值范围，包括：计算所述第一负载所需移动的第一移动距离信息和/或所述第二负载所需移动的第二移动距离信息；控制所述第一负载依据所述第一移动距离信息在水平方向上移动和/或控制所述第二负载依据所述第二移动距离信息在竖直方向上移动；所述第一负载设置在上平衡盘上，且可在所述上平衡盘上水平移动，所述第二负载套设在丝杠上，并可沿所述丝杠在竖直方向上移动，所述丝杠连接在所述上平衡盘和下平衡盘之间，且分别与所述上平衡盘和所述下平衡盘垂直；所述上平衡盘和所述下平衡盘构成平衡台。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在检测到所述机器人的运动方向上有障碍物时，则计算所述机器人与所述障碍物之间的距离是否小于预设距离；

若是，则控制所述机器人停止运动。